實(shí)驗(yàn)《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》.doc

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《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》學(xué)習(xí)材料 教學(xué)目的：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)器材： 鐵架臺(tái)、鐵夾子、重錘、毫米刻度尺、紙帶、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（若選用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，還需要低壓交流電源） 實(shí)驗(yàn)原理： 在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，重力勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程中機(jī)械能守恒，即重力勢(shì)能的減少量等于動(dòng)能的增加量。若物體由靜止下落的高度h時(shí)，其速度為v，則有 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)出重錘由靜止下落高度h時(shí)的速度v，算出gh是否等于，則可得出mgh是否等于，若在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)二者相等，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證。 實(shí)驗(yàn)步驟： 1、把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，并連接到電源上。 2、把重錘用夾子固定在紙帶的一端，紙帶的另一端穿過(guò)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重錘停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。 3、先接通電源，后松開(kāi)紙袋帶，讓重錘帶著紙帶自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器便在紙帶上打下一系列的點(diǎn)跡。 4、重復(fù)3次，得到3條打上點(diǎn)的紙帶。 5、從三條打上點(diǎn)的紙帶中挑選出點(diǎn)跡清晰且第一、二點(diǎn)間的距離接近2mm的紙帶。 6、在挑選出的紙帶中，記下第一個(gè)點(diǎn)的位置O，并在紙帶上離O點(diǎn)較遠(yuǎn)的任意點(diǎn)開(kāi)始，依次選取連續(xù)的幾個(gè)點(diǎn)，并依次標(biāo)上1、2、3、4、5，分別測(cè)出1、2、3、4、5各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h1、h2、h3、h4、h5，并把記在下面表格中，這些距離分別是打下1、2、3、4、5個(gè)點(diǎn)時(shí)重錘下落的高度。 位置 gh 結(jié)論 1 2 3 4 5 7、利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間內(nèi)中點(diǎn)時(shí)刻的速度的規(guī)律，應(yīng)用公式（此處T=0.02s），分別算出2、3、4各點(diǎn)對(duì)應(yīng)得速度、、。 8、計(jì)算2、3、4各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的和，并進(jìn)行比較，從而得出與是否相等。 9、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 注意事項(xiàng)： 1、鐵架臺(tái)上固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的夾子不可伸出太長(zhǎng)，以防鐵架臺(tái)翻倒。 2、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)夾緊在鐵架臺(tái)上，確保在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)晃動(dòng)。計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔必須在同一豎直線上，以減少紙帶與限位孔間的摩擦阻力。 3、打點(diǎn)前紙帶必須平直，不要卷曲，紙帶上端要用手提著靜止，重錘應(yīng)?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。 4、實(shí)驗(yàn)時(shí)先通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器穩(wěn)定后才松開(kāi)紙帶 5、選用紙帶時(shí)應(yīng)盡量挑選第一、二點(diǎn)的距離接近2mm的紙帶（因?yàn)樽杂陕潴w運(yùn)動(dòng)的最初0.02s內(nèi)下落的距離） 6、選取得各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3……離起始點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)些，以減小測(cè)量下落高度h時(shí)的相對(duì)誤差。 7、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不需要測(cè)重錘的質(zhì)量m 8、為減少阻力的影響，重物應(yīng)選用密度大些的便于夾緊紙帶的物體。 誤差分析 (1)本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過(guò)程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力)做功，故動(dòng)能的增加量ΔEk稍　　　重力勢(shì)能的減少量ΔEp ,即ΔEk＜ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差.改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力. (2)本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)誤差來(lái)源于長(zhǎng)度的測(cè)量，屬偶然誤差.減小誤差的辦法是測(cè)下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完.或者多次測(cè)量取平均值來(lái)減小誤差. (3)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的誤差 ①由于交流電周期的變化，引起打點(diǎn)時(shí)間間隔變化而產(chǎn)生誤差； ②讀數(shù)點(diǎn)選擇不好，振動(dòng)片振動(dòng)不均勻，紙帶放置方法不正確引起摩擦，均可造成實(shí)驗(yàn)誤差. ★例：在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，得到如下圖所示的一條紙帶，O點(diǎn)是紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D是連續(xù)的四個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D到O點(diǎn)的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。實(shí)驗(yàn)過(guò)程所用電源頻率為50HZ，重錘質(zhì)量為1Kg，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.8 m/s2。 ①?gòu)挠涗汷點(diǎn)到記錄C點(diǎn)的過(guò)程中，重錘重力勢(shì)能減少了多少？動(dòng)能增加了多少？（保留三位有效數(shù)字） ②由①可得到什么實(shí)驗(yàn)結(jié)論？ 解：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的周期，從記錄O點(diǎn)到記錄C點(diǎn)，重錘的高度下降了h=OC=77.76cm=0.7776m，重力勢(shì)能減少量，打下C點(diǎn)時(shí)重錘的瞬時(shí)速度，記錄O點(diǎn)時(shí)重錘速度=0，從記錄O點(diǎn)到記錄C點(diǎn)重錘動(dòng)能的增加量 總結(jié)：在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，=，故重錘在下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。 實(shí)驗(yàn)與練習(xí)： 1、 在以上例題中，從記錄B點(diǎn)到C點(diǎn)的過(guò)程中，重錘的重力勢(shì)能減少了多少？動(dòng)能增加了多少？ 2、在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中 （1）研究對(duì)象是自由落體運(yùn)動(dòng)的重物，除下列器材：鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、重錘、夾子、導(dǎo)線外，還需要用下列器材＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ （2）挑選紙帶的原則是a、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ b、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ （3）做此實(shí)驗(yàn)時(shí)，有同學(xué)按以下步驟進(jìn)行 ①固定好打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，將連有重物的紙帶穿過(guò)限位孔，用手提住紙帶，讓手盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 ②松開(kāi)紙帶、接通電源，開(kāi)始打點(diǎn)，并如此重復(fù)多次，得到幾條打上點(diǎn)的紙帶。 ③取下紙帶，挑選點(diǎn)跡清晰的紙帶，記下起始點(diǎn)O，在離O點(diǎn)較近處選取幾個(gè)連續(xù)的計(jì)時(shí)點(diǎn)，測(cè)出各點(diǎn)距O點(diǎn)的距離，即重物的下落高度。 ④計(jì)算記錄各點(diǎn)時(shí)重物的速度 ⑤用天平稱(chēng)出物體的質(zhì)量 ⑥計(jì)算出與的值。看二者是否相等。 在以上步驟中，多余的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 錯(cuò)誤的是（給予更正）a、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ b、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ c、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 3、如何從本實(shí)驗(yàn)中推出重物下落過(guò)程中所受空氣阻力的大小？寫(xiě)出相應(yīng)公式。 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 4、在處理紙帶時(shí)，從起點(diǎn)O開(kāi)始取1、2、3……幾個(gè)點(diǎn)，測(cè)出各點(diǎn)速度、、……和與O點(diǎn)的位移、、……，畫(huà)出圖像，如圖所示。由于紙帶下落過(guò)程中不可避免地會(huì)遇到阻力作用，它的圖像可能是A、B、C中的哪一條？為什么？ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿